黃河泥沙基本特性分析及治理措施建議*

(1.黃河河口管理局，山東 東營　257091；2.中國水利水電科學研究院，北京　100048)

黃河是中華民族的母親河，也是世界上最為復雜難治的河流。黃河干流河道全長5464km，流域面積79.50km2。黃河具有善淤、善決、善徙的特征，其安危始終是中華民族的心腹之患。在長期治理黃河的實踐中，許多仁人志士提出和實踐過多種設想和對策。大約在4000多年前，大禹采用的治河方法是疏導為主；西漢時期，賈讓主張的治河策略是分流治理；東漢時期，王景提出的治河方略是寬河筑堤；明朝時期，潘季馴采用的治河思想是“筑堤束水，以水攻沙”，其后明清兩代治河工作者，大多遵循潘季馴的治河思想。由此可見，治河思想不是一成不變的，而是隨著黃河來水來沙過程及流域地理環境的變化而變化。本文在分析黃河泥沙基本特性的基礎上，回顧了黃河泥沙治理過程，提出了未來黃河泥沙治理措施建議，試圖為維持黃河健康生命提供科技支撐。

1　黃河泥沙的基本特性

1.1　含沙量高

在中國的大江大河中，長江流域面積排第一位，黃河流域屈居第二。雖然流域面積巨大，但黃河流經的地區大多為干旱和半干旱區域，所以黃河沿程產生的徑流量非常少。盡管黃河水量貧乏，但其沙量確為世界罕見。據統計，黃河實測年均水量464億m3，年均沙量15.60億t，年均含沙量33.60kg/m3，年均沙量和年均含沙量均為中國各大江河之首。黃河的水量不及長江的1/20，沙量卻是長江的3倍。

由此可見，像黃河這樣沙量大、含沙量高的河流，在世界大江大河中也是絕無僅有的。

1.2　主要來源區

黃河流域水沙來源區域有所不同，黃河水量的主要來源區是黃河上游，黃河泥沙的主要來源區是黃河中游，造成這種現象的原因是黃河流經的區域自然地理環境千差萬別，導致黃河水沙來源極不均勻。輸沙模數能表征流域泥沙的集中程度，黃河中游輸沙模數較高的區域有三個，分別為從河口鎮到延水關之間的支流、無定河的支流、北洛河及涇河支流，其輸沙模數均超過了10000t/(km2·a)，表明這些區域來沙非常集中。其中粗泥沙(粒徑大于0.05mm) 的主要來源包括兩個地區：?從皇甫川到禿尾河各支流的中下游地區，粗泥沙模數10000 t/(km2·a)；?無定河中下游及白宇山河源區，粗泥沙模數為6000～8000 t/(km2·a)。黃河的泥沙和粗泥沙總量中，約有3/4 集中分別來自河口鎮至潼關間的11萬km2和10萬km2區域，其中一半又分別來自5萬km2和3.8萬km2區域，這些地區都是黃土丘陵溝整區[1]。

1.3　時間分布不均勻

黃河泥沙年際變化非常不均勻，表現為豐沙年份和枯沙年份交替出現。以花園口站為例，實測水文資料顯示，花園口站歷史上出現過兩個連續枯沙系列，分別是1922—1932 年和1969—1974年。黃河泥沙不僅年際變化大，而且與水量的豐枯不完全同步，視暴雨落區的不同，而出現多種水沙組合。年水量最大最小的比值約為3.10～3.40，年沙量最大最小的比值約為4～10，沙量的年際變幅大于水量的變幅。如三門峽站年水量最大為659億m3，最小為202億m3，相差3.20倍，而年沙量最大為39.10億t，最小為4.88億t，相差8倍。從年內分配的角度講，黃河水沙分布也非常不均勻，表現為來水來沙主要集中在汛期，實測資料表明，黃河汛期的水量占年水量的比例在60%左右，而黃河汛期的沙量占年沙量的比例高達85%以上，造成這種現象的主要原因是黃河泥沙主要來源于暴雨洪水期，每年10d左右的暴雨洪水期間所輸送的沙量是年來沙量的主體。分析流域實測資料可知，不僅黃河干流沙量年內的集中程度大于水量年內的集中程度，而且黃河支流沙量年內的集中程度更高。

2　治理過程回顧

2.1　治黃初期“蓄水攔沙”

20世紀50年代初期，提出了用“蓄水攔沙”方法達到綜合性開發的治河思想。三門峽水庫是治理黃河的第一期工程，但建成投入運用后，很快就出現問題，水庫淤積嚴重，而且淤積部位向庫區末端發展，潼關高程抬高4.50m；同時黃河下游河道發生強烈沖刷，由于河道整治工程不完善，坍塌灘地約300km2，給灘區人民的生產和生活帶來很大困難。實踐表明，三門峽水庫“蓄水攔沙”運用確實從流域大尺度范圍實現了調控黃河泥沙的分布，是人類實現黃河泥沙資源優化配置的偉大嘗試，而且從防洪減災的角度出發，三門峽水庫“蓄水攔沙”治理黃河的方向也是正確的，但具體實施規劃卻脫離了當時社會、經濟和技術的發展實際，對水土流失的客觀現狀和規律認識不足，對水土保持的前景過于樂觀，對泥沙問題認識不足，因此，規劃決策失誤造成的被動局面在所難免[2]。

2.2　20世紀60年代“上攔下排”

在總結 “蓄水攔沙”經驗教訓的基礎上，1964年，治黃工作者提出了“上攔下排”的黃河治理方向。一方面，黃河水利委員會組織相關人員對黃河中游進行大規模的現場查勘，積極開展“上攔”工程的探索實驗，另一方面對黃河下游進行大量的調查研究，提出應該在三門峽水庫“滯洪排沙”運用期間，進行黃河第二次大修堤，工程重點是對黃河下游薄弱堤段進行加高幫寬，對危險河段開展河道整治工程建設，以達到加大黃河下游河道排洪輸沙能力的目的。但令人遺憾的是:此期間實踐的重心仍然是“上攔”，如在1964年提出的《關于近期治黃意見的報告》，其中建議重點修建8座干支流大攔泥水庫，而對增強下游河道排沙能力沒有提出具體措施[3]。

2.3　20世紀70年代“蓄清排渾”

1973年11月，三門峽水庫開始采用“蓄清排渾”運用，即在非汛期時以蓄水為主，到了汛期，尤其是洪水期，降低水位，將非汛期淤積在水庫的泥沙泄排出庫。實踐證明，三門峽水庫“蓄清排渾”運用是成功的，基本上實現了庫區的沖淤平衡，保持了有效庫容，也未增加下游河道的淤積。“蓄清排渾”運用成功的原因是樞紐具備了足夠的泄流能力及靈活的啟閉設備，潼關以下庫區形成了高灘深槽的地形條件；運用方式符合黃河來水來沙特點；較好地利用了黃河下游河道“汛期多排、非汛期少排”“大水排大沙”的輸沙規律。但是，這種運用方式也有局限性，受到了調沙庫容小和來水來沙條件的限制，1986年以來，在連續出現的汛期洪水小、含沙量大的不利水沙條件下，潼關以下庫區出現了累積性淤積，潼關高程升高，汛初時有小水強迫排沙，增加了下游河道的淤積。盡管如此，“蓄清排渾”運用方式為多沙河流的治理提供了寶貴的經驗[4]。

2.4　20世紀末至今“綜合利用”

20世紀末，經過歷代治黃工作者多年的實踐和探索，黃河泥沙綜合利用的治理思想已現雛形。黃河泥沙綜合利用的措施主要包括“攔、排、調、放、挖”。“攔”是黃河泥沙處理的基礎，必須長期不懈地抓下去，任何時候都不能動搖。“排”“調”是具有黃河特色的泥沙處理措施，必須是在充分把握黃河泥沙輸移規律的基礎上才能發揮作用。目前，由于對黃河泥沙輸移規律認識尚不深入，對于怎樣開展黃河“排”“調”泥沙處理措施，學界仍存在較大爭論，需要開展充分的前期科研工作。黃河泥沙量巨大，而“挖”“放”泥沙處理措施所需的工程投資巨大，技術難點較多，所以依據目前的人力財力水平，黃河“挖”“放”泥沙處理措施僅為處理黃河泥沙的輔助措施，但也有學者提出：在黃河下游水資源日趨緊張的情況下，對黃河下游窄河道實施挖河疏潑、吹填固堤是一項不可替代的治河措施[5]。

3　治理建議

3.1　建設與保持黃河干流高效輸沙通道

近年來，隨著黃河流域經濟的快速發展，黃河汛期的引水大增，用于河道輸沙的水量銳減，造成黃河河道主槽嚴重淤積萎縮，危及黃河生命。為了確保黃河防洪安全，建設黃河干流高效輸沙通道迫在眉睫。研究表明，目前，聯合調控龍羊峽水庫和劉家峽水庫，黃河上游寧蒙河段平灘流量能達到2000m3/s；將來，龍羊峽水庫、劉家峽水庫及黑山峽水庫聯合調控運用，寧蒙河段可建設與保持平灘流量約2500m3/s的高效輸沙通道。近期小浪底水庫調控運用，配合下游河道整治工程，可建設與保持平灘流量約4000m3/s的高效輸沙通道；遠期小浪底水庫與古賢水庫聯合運用，可長期穩定黃河下游平灘流量約4000m3/s的高效輸沙通道。建設與保持高效黃河干流輸沙通道需要恢復必要的高效造床輸沙流量及其過程，因此，在分配黃河水量時，要高度重視預留一定數量的輸沙水量，充分利用有限的輸沙水量塑造出高效造床輸沙流量過程。

3.2　持續開展黃土高原水土保持工作

加大黃土高原治理力度，積極開展黃土高原水土保持工作，是區域經濟發展的需求，也是根治黃河的必由之路。黃土高原是黃河泥沙的主要來源區，以生態環境脆弱治理難度大著稱于世，尤其是黃土高原為多沙粗沙來源區，地形特點為坡陡溝深，每逢暴雨季節，水土流失極其嚴重，巨量泥沙匯入黃河，所以根治黃土高原多沙粗沙來源區勢在必行。目前，黃土高原多沙粗沙來源區的治理主要依靠地方政府組織實施，力度較小，建議將黃土高原多沙粗沙來源區的治理納入國家重點工程，由國家組織實施。20世紀70年代，國家曾對黃土高原多沙粗沙來源區進行了5年集中治理，入黃泥沙很快就減少了3 億t，而且其減沙效益持續了幾十年。今后，持續開展黃土高原水土保持工作，黃河中上游地區的生態環境必將得到極大的恢復，匯入黃河干流的泥沙量也將大大地降低。

3.3　加大下游游蕩性河段整治力度

黃河下游河道河型自上而下分別為游蕩型河段、過渡型河段、彎曲型河段、河口河段。黃河下游河道輸沙能力整體而言是較大的，而且靈敏度較高，能夠隨水沙條件變化而迅速調整，相比而言，游蕩型河段比過渡型河段和彎曲型河段的輸沙能力偏低，調整能力偏差，究其原因是游蕩型河段河床寬淺散亂，河床斷面形態不利于輸水輸沙，實測資料表明，游蕩型河段多年平均只能排走80%左右的來沙量，而艾山以下彎曲型河段能排走97%以上的來沙量。因此，必須加大黃河下游游蕩河段整治力度，將寬淺散亂的河道改造成為穩定、窄深、歸順的排洪輸沙通道，使下游河道不再淤積，長期保持一定水平的輸水輸沙能力。

4　結　語

黃河流域自然地理條件差別很大，水沙來源地區分布不均。上游是黃河水量的主要來源區，中游是黃河泥沙的主要來源區，存在水沙異源的特點。隨著實踐和認識的不斷深入，黃河泥沙“攔、排、調、放、挖”的綜合利用思想體系初步形成，“攔”是黃河泥沙處理的基礎，必須長期不懈地抓下去，任何時候都不能動搖。“排”、“調”體現了人們認識自然、利用自然、改造自然的聰明才智，充分運用了黃河所特有的水流泥沙運行規律，這是其他泥沙處理對策所不具備的，因此“排”、“調”應當成為泥沙處理對策的中心。黃河泥沙未來治理措施包括建設與保持黃河干流高效輸沙通道、持續開展黃土高原水土保持工作、加大下游游蕩性河段整治力度、穩定河口泥沙輸運入海通道。

[1]胡春宏，陳建國，郭慶超，等.黃河水沙調控與下游河道中水河槽塑造[M].北京：科學出版社，2007.

[2]李文學，李勇，姚文藝,等.黃河下游河道行洪能力對河道萎縮的響應關系[J].中國科學E輯，2004，34(增刊)：126-132.

[3]陳建國，胡春宏，董占地,等.黃河下游河道平灘流量與造床流量的變化過程研究[J].泥沙研究，2006(5)：10-16.

[4]蘇運啟，申冠卿，韓巧蘭，等.黃河下游河道排洪能力分析方法及其工程實踐[M].鄭州：黃河水利出版社，2006.

[5]胡春宏，陳緒堅，陳建國.黃河水沙空間分布及其變化過程研究[J].水利學報，2008，39(5)：518-527.